香蕉皮熱燙防褐變工藝條件的研究

葛 鴿，徐姍姍，李江雪，楊一涵，王建中

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京林業(yè)大學(xué)林業(yè)食品加工與安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100083)

香蕉(Musa nana Lour)屬芭蕉科(Musaceae)芭蕉屬(Musa)，香甜可口營(yíng)養(yǎng)豐富，是廣受歡迎的熱帶水果。香蕉屬肉質(zhì)漿果，果皮較厚，約占果實(shí)重量的30%［1］，但長(zhǎng)期以來(lái)人們只生食果肉，每年伴隨香蕉加工有數(shù)百噸香蕉皮被遺棄，造成了嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)［2］。既往研究發(fā)現(xiàn)，香蕉皮中富含膳食纖維、酚類、油脂類、鞣質(zhì)、有機(jī)酸，蛋白質(zhì)和糖類，還含有多種維生素、無(wú)機(jī)鹽和礦質(zhì)元素等，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比香蕉果肉還高，具有一定的應(yīng)用價(jià)值［3-6］。但香蕉皮相比香蕉果肉在加工過(guò)程中更易發(fā)生褐變，其組織中的多酚氧化酶與酚類物質(zhì)接觸，會(huì)催化多酚類物質(zhì)氧化成鄰醌，進(jìn)一步氧化聚合成黑色素［7-8］，此類反應(yīng)影響了產(chǎn)品的外觀品質(zhì)，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，使香蕉皮加工開(kāi)發(fā)止步不前。本文以香蕉皮漿液褐變度和PPO活性作為判定指標(biāo)，研究香蕉皮加工中的熱燙條件，最后找出防止香蕉皮褐變的最優(yōu)條件組合，為香蕉皮的綜合利用提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海南香蕉、香牙蕉果皮 北京市售;無(wú)水乙醇、檸檬酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、鄰苯二酚 均為分析純，北京化工廠。

蘇泊爾SG280C1家用小型榨汁機(jī) 浙江蘇泊爾有限公司;D-37520高速冷凍離心機(jī) Osterode Kendro Laboratory;T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限公司;IC-KH2001電磁爐 江蘇松橋電器有限公司;ME204E電子分析天平 上海皖衡電子儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1．2．1 原料處理 選擇表皮金黃，無(wú)機(jī)械損傷，成熟度不小于8成的海南香蕉。用水洗凈表面雜質(zhì)，將香蕉皮剝下，用不銹鋼刀切成2cm×2cm大小均勻的塊狀，立即放入熱水中進(jìn)行熱燙處理，快速冷卻后均勻打漿。

1．2．2 褐變度測(cè)定 取打漿后的香蕉皮漿液，加入三分之一體積的無(wú)水乙醇，在轉(zhuǎn)速9000r/min，溫度2～4℃條件下冷凍離心30min，取離心后的上層清液，測(cè)定其在 420nm 波長(zhǎng)處吸光度［7，9-11］。

1．2．3 粗酶液提取 取適當(dāng)香蕉皮漿過(guò)濾液，加入二分之一體積的1%PVP的0．05mol/L磷酸緩沖液，在轉(zhuǎn)速9000r/min，溫度2～4℃條件下離心30min，離心后上清液為粗酶液［12-13］。

1．2．4 酶活測(cè)定 用移液管取1mL粗酶液，加入3mL 0．16mol/mL鄰苯二酚溶液，室溫下靜置2min，在420nm波長(zhǎng)下連續(xù)測(cè)定6min內(nèi)吸光度變化，每隔30s記錄數(shù)據(jù)。定義1mL酶液在1min內(nèi)OD420nm值變化0．01為一個(gè)酶活力單位(U)。

1.3 單因素實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置

根據(jù)樊志勇等［9］的研究及前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定下列單因素實(shí)驗(yàn)條件。

1．3．1 熱燙溫度對(duì)褐變的影響 采用 40、50、60、70、80、90、100℃七個(gè)水平，在固液比 1∶4，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理5min。

1．3．2 熱燙時(shí)間對(duì)褐變的影響 采用 2、3、4、5、6、7、8min七個(gè)水平，在溫度為100℃，固液比1∶4，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理。

1．3．3 熱燙固液比對(duì)褐變的影響 采用 1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8 七個(gè)水平，在溫度為 100℃，檸檬酸添加量為0．3%的條件下熱燙處理5min。

1．3．4 檸檬酸添加量對(duì)褐變的影響 采用 0．1%、0．2% 、0．3% 、0．4% 、0．5% 、0．6% 、0．7% 七個(gè)水平，在溫度為100℃，固液比1∶4的條件下熱燙處理5min。

1.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)溫度為100℃時(shí)，香蕉皮漿褐變度最低，操作易于控制，護(hù)色效果最佳，故不再將熱燙溫度作為正交實(shí)驗(yàn)的考慮因素。選取熱燙時(shí)間、熱燙固液比、檸檬酸添加量組成復(fù)合熱燙條件，每個(gè)因素設(shè)置三個(gè)水平，以香蕉皮漿褐變度及PPO酶活為考察指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)。各因素水平的選取如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel(Office2010)軟件整理數(shù)據(jù)，正交設(shè)計(jì)助手Ⅱ V3．1軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱燙溫度對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響

從圖1可知，隨著熱燙溫度的上升，香蕉皮中PPO酶活性不斷下降。溫度在50℃以上，香蕉皮中的PPO開(kāi)始鈍化，活性降低，可能是由于較高溫度下，本質(zhì)為蛋白質(zhì)的PPO發(fā)生了變性和不可逆的失活。溫度對(duì)多酚氧化酶的影響是雙重的，一方面溫度升高能加快酶催化反應(yīng)速度進(jìn)程，另一方面促使酶蛋白變性，它是兩種對(duì)抗效應(yīng)的綜合反應(yīng)［14］。溫度在60～70℃內(nèi)，PPO活性繼續(xù)下降;當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí)，PPO 幾乎不再變化(p＜0．05)。

圖1 熱燙溫度對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響Fig．1 The effect of blanching temperature on the banana peel heat treatment

香蕉皮漿液的褐變度隨著熱燙溫度的升高而不斷降低。熱燙溫度在40～60℃內(nèi)時(shí)，褐變度下降很快，是由于較高溫度下PPO活性部位發(fā)生變性，引起酶促褐變的能力受抑制;熱燙溫度大于70℃時(shí)，香蕉皮漿的褐變度再次下降。因?yàn)橄憬镀ぶ泻悬S色素、原花色素等［15-16］，其中黃色素最大吸收波長(zhǎng)為440nm，可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成一定影響，使褐變度不趨于0;在100℃左右，褐變度幾乎不再變化(p ＞0．05)。

綜上所述，熱燙溫度為100℃時(shí)，在實(shí)際操作中易于控制，香蕉皮漿褐變度較低，香蕉皮顏色呈接近新鮮狀態(tài)的金黃色，護(hù)色效果最佳，故選擇100℃。

2.2 熱燙時(shí)間對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響

由圖2可知，香蕉皮中PPO酶活性隨著熱燙時(shí)間的增加而降低，后趨于平緩，但總體來(lái)說(shuō)，熱燙時(shí)間對(duì)PPO酶活性的影響較小。熱燙時(shí)間在2～5min時(shí)，香蕉皮中PPO酶活性下降較快，說(shuō)明該階段內(nèi)熱燙處理對(duì)PPO酶活的影響較顯著(p＜0．05);5～6min時(shí)，香蕉皮中PPO酶活性下降速度較上一階段變慢;在6～8min內(nèi)，酶活的下降趨勢(shì)逐漸呈現(xiàn)平緩狀態(tài)，香蕉皮中PPO酶活不再隨著熱燙時(shí)間的增加而有明顯改變(p ＞0．05)。

圖2 熱燙時(shí)間對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響Fig．2 The effect of blanching time on the banana peel heat treatment

延長(zhǎng)熱燙時(shí)間可以降低香蕉皮漿的褐變程度。熱燙時(shí)間在2～4min內(nèi)，香蕉皮漿的褐變度下降較快;在4～5min內(nèi)，褐變度有一個(gè)陡降變化;5～6min內(nèi)，褐變度幾乎沒(méi)有變化;7min后，隨著熱燙時(shí)間的增加，褐變度也不再有明顯下降，說(shuō)明此時(shí)已經(jīng)達(dá)到了香蕉皮防褐變的目的(p＞0．05)。

綜上所述，熱燙時(shí)間對(duì)香蕉皮的色澤影響顯著，熱燙時(shí)間為5min時(shí)，就可以對(duì)PPO酶活性起很好的抑制效果，香蕉皮漿褐變度較低，護(hù)色效果較佳。

2.3 熱燙固液比對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響

從圖3可知，隨著熱燙固液比的增加香蕉皮中PPO活性不斷下降，即增大熱燙處理的固液比對(duì)鈍化香蕉皮中的PPO有顯著效果(p＜0．05)。固液比在1∶3～1∶4內(nèi)，香蕉皮中PPO的活性下降趨勢(shì)明顯，隨固液比增加抑制酶活效果增強(qiáng);固液比在1∶4～1∶7之間，PPO的活性幾乎不再變化;固液比在1∶8時(shí)，PPO的酶活力已經(jīng)很低，繼續(xù)增大固液比對(duì)活性降低的作用不大(p＞0．05)。

圖3 熱燙固液比對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響Fig．3 The effect of solid-to-liquid ratio on the banana peel heat treatment

隨著熱燙固液比的增加香蕉皮漿的褐變度不斷下降。固液比在1∶2～1∶5內(nèi)，香蕉皮漿褐變度下降很快，說(shuō)明在此階段內(nèi)增大固液比對(duì)降低香蕉皮漿褐變度有很大作用;固液比在1∶5～1∶7內(nèi)，香蕉皮漿的褐變度幾乎無(wú)變化;固液比為1∶8時(shí)，褐變度反而略有上升。

綜上所述，適當(dāng)增大固液比能有效降低香蕉皮的褐變度，綜合熱燙處理效果和工藝成本考慮，選擇固液比為1∶5，護(hù)色效果最好。

2.4 檸檬酸添加量對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響

從圖4可知，隨著熱燙檸檬酸量的增加，香蕉皮中PPO的活性下降。熱燙加酸量在0．1%～0．4%內(nèi)時(shí)，隨酸量不斷增加PPO的活性持續(xù)降低，呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系，在加酸量為0．4%時(shí)，有最低的PPO酶活;加酸量大于0．4%后，香蕉皮中PPO的活性幾乎無(wú)變化，此后繼續(xù)增加酸量對(duì)降低PPO活性無(wú)明顯作用(p ＞0．05)。

隨檸檬酸添加量的增加，香蕉皮漿的褐變度持續(xù)下降。熱燙加酸量在0．1%～0．4%時(shí)，香蕉皮漿的褐變度下降明顯，說(shuō)明增大酸量對(duì)降低香蕉皮的褐變程度十分有效;加酸量大于0．4%以后，香蕉皮漿的褐變度幾乎持平，繼續(xù)增大檸檬酸的量褐變度也不再明顯降低(p ＞0．05)。

綜上所述，從香蕉皮漿液的褐變度和熱燙處理后香蕉皮的色澤考慮，選擇添加0．5%檸檬酸的熱燙條件，可以獲得較好的護(hù)色效果。

圖4 檸檬酸添加量對(duì)香蕉皮熱燙效果的影響Fig．4 The effect of citric acid content on the banana peel heat treatment

2.5 正交實(shí)驗(yàn)分析

從表2、表3和表4可以看出，檸檬酸添加量和熱燙固液比在熱燙過(guò)程中對(duì)PPO酶活和褐變度有顯著影響(p＜0．05)，而熱燙時(shí)間在熱燙過(guò)程中對(duì)PPO酶活和褐變度無(wú)明顯的影響。三個(gè)因素對(duì)香蕉皮熱燙過(guò)程中PPO酶活的影響從大到小為:熱燙固液比(C)＞檸檬酸添加量(A)＞熱燙時(shí)間(B)，三個(gè)因素對(duì)香蕉皮熱燙過(guò)程中漿液褐變度的影響大小為:熱燙固液比(C)＞檸檬酸添加量(A)＞熱燙時(shí)間(B)。

由表2，通過(guò)比較檸檬酸添加量(A)和熱燙固液比(C)的 K1、K2、K3，可確定最佳水平分別為 A3和C3，因?yàn)闊釥C時(shí)間(B)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較小，從節(jié)約時(shí)間和成本的方面考慮，故選擇B1。綜上所述，熱燙處理的最優(yōu)條件為:A3B1C3，即檸檬酸添加量為0．6%，熱燙時(shí)間為5min，熱燙固液比為1∶6。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此條件下香蕉皮漿液褐變度僅為0．117，香蕉皮中PPO酶活為16U。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析Table 2 Results of orthogonal experiment

表3 褐變度方差分析Table 3 Analysis results of variance of the browning degree

表4 PPO酶活性方差分析Table 4 Analysis results of variance of the polyphenoloxidase

3 結(jié)論

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，香蕉皮熱燙防褐變的優(yōu)化工藝條件為:熱燙溫度為100℃、熱燙時(shí)間為5min、熱燙固液比為1∶6、檸檬酸添加量為0．6%。在此條件下對(duì)香蕉皮進(jìn)行熱燙防褐變處理，測(cè)得香蕉皮漿液褐變度僅為0．117，香蕉皮中PPO酶活為16U。

［1］閆文杰，李鴻玉，艾秋實(shí)，等．香蕉和香蕉皮的加工利用［J］．中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2009(12):31-33．

［2］桑利偉，李琳，鄭服叢．香蕉莖葉和皮的綜合利用研究［J］．黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006(4):96-98．

［3］李仁茂，陳蓉．粵西地區(qū)四種香蕉皮的成份分析［J］．湛江師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，22(6):42-45．

［4］歐陽(yáng)若，陳厚彬．香蕉栽培實(shí)用技術(shù)［M］．北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1999．

［5］趙肅清，蔡燕飛．香蕉皮黑色素的鑒定及其抗氧化作用研究［J］．中草藥，2002，33(6):496-498．

［6］嚴(yán)義芳，周立邦，梁燕．香蕉皮多酚提取工藝條件的研究［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械，2011(8):156-158．

［7］趙立．香蕉皮中多酚氧化酶性質(zhì)的研究［J］．湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48(12):3117-3119．

［8］張洪，黃建韶．馬鈴薯中多酚氧化酶的酶學(xué)特性研究［J］．食品工業(yè)科技，2002(4):6-8．

［9］樊志勇，徐青艷，朱瑞倩，等．熱燙條件對(duì)香蕉漿褐變的影響［J］．食品工業(yè)科技，2013，34(16):318-321．

［10］楊志娟，雷曉凌，孔嘉碧．降低香蕉醬褐變度的工藝條件研究［J］．現(xiàn)代食品科技，2010，26(9):962-964．

［11］張墨英，滕玉萍．草莓酚類和褐變度的研究［J］．食品科學(xué)，1992(9):9-13．

［12］莊遠(yuǎn)紅，劉靜娜，林嬌芬，等．護(hù)色處理對(duì)凍藏香蕉片多酚氧化酶活性的影響［J］．食品工業(yè)科技，2012，33(3):77-80．

［13］ Rocha AMCN，Morais AMMB．Characterization of polyphenoloxidase(PPO)extracted from‘Jonagored’apple［J］．Food Control，2001，12(2):85-90．

［14］袁振遠(yuǎn)．食品酶學(xué)導(dǎo)論［M］．北京:中國(guó)輕工出版社，1989，128-130．

［15］趙立．香蕉皮黃色素穩(wěn)定性研究［J］．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(29):12548-12549．

［16］賈寶珠，鮑金勇，鄭曉儀，等．香蕉皮原花色素提取工藝的研究［J］．食品工業(yè)科技，2014，35(6):251-255．